Nanoesponjas que absorben una peligrosa toxina formadora de poros producida por MRSA (resistente a meticilina Staphylococcus aureus ) podría servir como una vacuna segura y eficaz contra esta toxina. Esta "vacuna de nanoesponjas" permitió al sistema inmunológico de los ratones bloquear los efectos adversos de la toxina alfa-hemolisina del MRSA, tanto en el torrente sanguíneo como en la piel. Nanoingenieros de la Universidad de California, San Diego describió la seguridad y eficacia de esta vacuna nanoesponja en la edición del 1 de diciembre de Nanotecnología de la naturaleza .

Las nanoesponjas en la base de la plataforma experimental de "vacuna toxoide" son partículas biocompatibles hechas de un núcleo de polímero envuelto en una membrana de glóbulos rojos. La membrana de glóbulos rojos de cada nanoesponja agarra y detiene la Staphylococcus aureus (estafilococo) toxina alfa-hemolisina sin comprometer la integridad estructural de la toxina mediante calentamiento o procesamiento químico. Estas nanoesponjas repletas de toxinas sirvieron como vacunas capaces de desencadenar anticuerpos neutralizantes y combatir las dosis letales de la toxina en ratones.

Las vacunas de toxoides protegen contra una toxina o un conjunto de toxinas, en lugar del organismo que produce la (s) toxina (s). A medida que empeora el problema de la resistencia a los antibióticos, Las vacunas toxoides ofrecen un enfoque prometedor para combatir las infecciones sin depender de los antibióticos.

"Con nuestra vacuna toxoide, no tenemos que preocuparnos por la resistencia a los antibióticos. Nos dirigimos directamente a la toxina alfa-hemolisina, "dijo Liangfang Zhang, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del artículo. Apuntar directamente a la toxina alfa-hemolisina tiene otra ventaja. "Estas toxinas crean un ambiente tóxico que sirve como un mecanismo de defensa que hace que sea más difícil para el sistema inmunológico combatir las bacterias estafilococos, "explicó Zhang.

Más allá de MRSA y otras infecciones por estafilococos, el enfoque de la vacuna de nanoesponja podría usarse para crear vacunas que protejan contra una amplia gama de toxinas, incluyendo los producidos por E. coli y H. pylori .

Este trabajo del Laboratorio de Nanomateriales y Nanomedicina de Zhang en la UC San Diego incluyó al investigador postdoctoral en nanoingeniería Che-Ming "Jack" Hu, estudiante de posgrado en nanoingeniería Ronnie Fang, y el estudiante de posgrado en bioingeniería Brian Luk.

Los investigadores encontraron que su vacuna de nanoesponjas era segura y más efectiva que las vacunas de toxoide hechas de toxina estafilocócica tratada con calor. Después de una inyección, solo el 10 por ciento de los ratones infectados con estafilococos tratados con la versión calentada sobrevivieron, en comparación con el 50 por ciento de los que recibieron la vacuna con nanoesponjas. Con dos inyecciones de refuerzo más, las tasas de supervivencia con la vacuna de nanoesponjas fueron de hasta el 100 por ciento, en comparación con el 90 por ciento con la toxina tratada térmicamente.

"La vacuna de nanoesponjas también pudo prevenir por completo los daños de la toxina en la piel, donde ocurren con frecuencia infecciones por MRSA, "dijo Zhang, quien también está afiliado al Moores Cancer Center en UC San Diego.

Lucha contra las toxinas formadoras de poros

Este trabajo es un giro en un proyecto que los nanoingenieros de UC San Diego presentaron a principios de este año:una nanoesponja que puede absorber una variedad de toxinas formadoras de poros, desde proteínas bacterianas hasta veneno de serpientes, en el cuerpo.

Las toxinas formadoras de poros funcionan perforando agujeros en la membrana de una célula y permitiendo que la célula se filtre hacia la muerte. Pero cuando las toxinas atacan la membrana de los glóbulos rojos que cubre la nanopartícula, "no pasará nada. Simplemente bloquea la toxina allí, "Explicó Zhang.

Los nanoingenieros se preguntaron qué pasaría si cargaran una de sus nanoesponjas con toxina estafilocócica de esta manera, y presentó el paquete completo a una parte esencial del sistema inmunológico llamada células dendríticas. ¿Podrían las partículas cargadas desencadenar una respuesta inmune y funcionar como una vacuna toxoide?

La toxina estafilocócica es tan poderosa que mata las células inmunitarias en su forma inalterada. La mayoría de los candidatos a vacunas, por lo tanto, utilice una versión de la toxina procesada químicamente o con calor que desenreda algunas de sus proteínas y la debilita un poco. Pero este proceso también debilita un poco la respuesta inmune a la toxina.

"Cuanto más lo calientas, cuanto más segura es la toxina, pero cuanto más lo calientas, cuanto más dañes la estructura de la proteína, ", Explicó Zhang." Y esta estructura es lo que reconoce la célula inmunitaria, y construye sus anticuerpos contra ".

La vacuna del toxoide de nanoesponjas soluciona este problema al detener, pero no cambiar, la toxina estafilocócica. Como un prisionero peligroso pero esposado, la toxina estafilocócica puede llegar a las células dendríticas del sistema inmunológico sin causar ningún daño.

Antes de esto, "no había forma de que pudiera administrar una toxina nativa a las células inmunitarias sin dañar las células, ", Dijo Zhang." Pero esta tecnología nos permite hacer esto ".

Cada partícula de vacuna tiene aproximadamente 85 nanómetros de diámetro; para comparacion, about 1000 of them would fit across the width of a single human hair. They are cleared from the body after injection in about two weeks, los investigadores encontraron.

Staphylococcus aureus

Staph bacteria are one of the most common causes of skin infections, and can cause blood poisoning and surgical infections as well as pneumonia. According to the Centers for Disease Control and Prevention, about 80, 000 Americans suffer from invasive MRSA infections each year, and over 11, 000 of those individuals die. At the moment, there are no vaccines approved to protect humans against the toxins associated with staph infections, including those caused by MRSA strains.

The idea for a staph vaccine came about when the researchers considered the success of their nanosponge. If the particle was so good at collecting toxins, they wondered, what were the potential uses of a particle full of toxin? "To be honest, we never thought about the vaccine use from the beginning, " Zhang noted. "But when we do research, we always want to look at a problem in reverse."

En cierto sentido, the toxoid vaccine hearkens back to their first use for the particles, as a cancer drug delivery device, Zhang noted.

The particles "work so beautifully, "Zhang dijo, that it might be possible to detain several toxins at once on them, creating "one vaccine against many types of pore-forming toxins, " from staph to snake venom.